高飛

（唐山曹妃甸實業(yè)港務(wù)有限公司，河北 唐山 063200）

卸船機(jī)放料流量預(yù)估算功能設(shè)計

高飛

（唐山曹妃甸實業(yè)港務(wù)有限公司，河北 唐山 063200）

碼頭卸載礦石作業(yè)依靠皮帶輸送機(jī)將礦石輸送到堆料場，依據(jù)皮帶秤的流量數(shù)值來調(diào)節(jié)各臺卸船機(jī)的放料，避免出現(xiàn)大料頭壓停皮帶。作業(yè)過程中多臺卸船機(jī)向同一條輸送皮帶放料，最遠(yuǎn)的一臺卸船機(jī)距離皮帶秤700米。 當(dāng)皮帶秤測得流量過大后再采取措施，就已經(jīng)產(chǎn)生了800米的料頭，存在明顯滯后性。

本設(shè)計中，周期性計算各臺卸船機(jī)單位頻率對應(yīng)的實際放料量，通過編輯特定的算法，在礦石到達(dá)皮帶秤之前估算出皮帶流量，變滯后調(diào)節(jié)為超前調(diào)節(jié)，避免滯后的弊端以及大料頭的出現(xiàn)。

皮帶運輸；大料頭預(yù)警；流量預(yù)估算

1 流量預(yù)估算功能設(shè)計原理

唐山曹妃甸實業(yè)港務(wù)有限公司二期碼頭有兩個泊位，每個泊位正常情況下有三臺卸船機(jī)作業(yè)。每臺卸船機(jī)因設(shè)備狀態(tài)，倉口位置以及當(dāng)前挖掘深度不同等原因，三臺卸船機(jī)的振動給料器即使在相同的頻率給定下其實際下料流量也是不同的。因此，需要計算出每臺卸船機(jī)在單位時間、單位頻率的下料量系數(shù)，我們用X1、X2、X3來表示 ,單位為 t/h·Hz。

選取一個時間段，記錄下三臺卸船機(jī)在該時間段內(nèi)的給料器頻率給定值P1、P2、P3。

計算該取樣時間段的礦石流經(jīng)皮帶秤時的平均流量值W。構(gòu)成下面等式：

P1X1+P2X2+P3X3=W

上面等式說明，三臺卸船機(jī)向同一條皮帶放料，流量關(guān)系等式是一個三元一次方程。因此，我們選取三臺卸船機(jī)分別以不同的三個頻率作業(yè)的三個時間段，并讀取對應(yīng)料流經(jīng)過皮帶秤時的流量平均值W1、W2、W3，得到下面三元一次方程組：

P11、P12、P13是 #1卸船機(jī)三次頻率值；P21、P22、P23是#2卸船機(jī)三次頻率值；P31、P32、P33是#3卸船機(jī)三次頻率值。

編寫PLC程序解這個三元一次方程組可以算出X1、X2、X3這三個系數(shù)。在卸船機(jī)作業(yè)條件不發(fā)生變化的前提下，各臺卸船機(jī)的X系數(shù)是固定不變的。用采樣時刻的系數(shù)值X作為估算流量的系數(shù)使用，然后再將X帶入下面等式：

W=P1X1+P2X2+P3X3

等式中P1、P2、P3為估算時刻三臺卸船機(jī)的給定頻率。計算結(jié)果W就是估算皮帶流量值。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

采樣的時間應(yīng)該選擇各臺卸船機(jī)頻率穩(wěn)定不變的時刻，這樣的數(shù)據(jù)采樣結(jié)果更精確，更具有代表性。以最常見的三臺卸船機(jī)作業(yè)為例，表1數(shù)據(jù)是針對兩種具有代表性的礦石結(jié)構(gòu)形式：粉狀礦石和塊狀礦石，卸船機(jī)在穩(wěn)定頻率工作時的取樣結(jié)果，以此計算出各臺卸船機(jī)的單位時間、單位頻率放料流量系數(shù)X，并以此指導(dǎo)卸船作業(yè)。

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表1

將采樣數(shù)據(jù)帶入方程組中，

解方程組，求得：

X1=48.1t/h·Hz；X2=49.5t/h·Hz；X3=52.3t/h·Hz。

當(dāng)三臺卸船機(jī)正工作在第三組采樣數(shù)據(jù)，即P1=50Hz；P2=45Hz；P3=40Hz，3#車 申 請 從 當(dāng) 前40Hz增加到最大頻率50Hz。將數(shù)據(jù)代入流量計算公式：W=P1X1+P2X2+P3X3；計算出皮帶屆時的預(yù)估算流量值為7247.5t/h，小于皮帶運輸能力上限12000t/h，因此，應(yīng)當(dāng)允許3#車增加頻率到50Hz。

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表2

將采樣數(shù)據(jù)帶入方程組中，

解方程組，求得：X1=94.6t/h·Hz；X2=97.3t/h·Hz；X3=105.5t/h·Hz。

輸送皮帶的最大運輸能力為12000t/h，當(dāng)三臺卸船機(jī)正工作在第三組采樣數(shù)據(jù)，即，P1=35Hz；P2=40Hz；P3=40Hz?，F(xiàn)在#3車申請從當(dāng)前40Hz增加頻率到最大頻率50HZ,將數(shù)據(jù)代入流量計算公式：

W=P1X1+P2X2+P3X3

計算出皮帶屆時的預(yù)估算流量值為12478t/h，大于皮帶運輸能力上限12000t/h，因此，應(yīng)當(dāng)否決#3車增加頻率到50Hz的請求。

依據(jù)料流疊加公式：W=P1X1+P2X2+P3X3；假設(shè)在第三組采樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，要讓皮帶達(dá)到最大輸送能力，#3車最大允許工作頻率是P3max，根據(jù)疊加料頭公式W=P1X1+P2X2+P3maxX3；解得P3max≈ 45.47Hz。

我們可以得出結(jié)論：#3車不能增加頻率到50Hz，最高可以增加到45.47Hz，屆時皮帶的利用率達(dá)到最高，整個泊位的卸載效率達(dá)到最高，同時也是實現(xiàn)港口經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的節(jié)點。

以上通過兩個例子說明了本功能設(shè)計的兩個應(yīng)用，即：利用公式正向預(yù)估算皮帶流量；利用公式反向計算最合理的頻率給定值。

3 誤差分析及降低誤差的措施

本設(shè)計中的估算算法核心是使用采樣期間的系數(shù)X0代替估算時刻的實際系數(shù)X，來近似估算皮帶流量，二者之間存在誤差的可能原因有以下幾點。（1）采樣時刻與估算時刻的挖掘深度不同，礦石含水量不同。（2）作業(yè)倉口變更，礦石品種或組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。（3）振動給料器的給定頻率以較大的斜率變化。（4）料斗內(nèi)壁上的積料脫落造成瞬間流量變化。（5）落料口堵塞造成下料不順暢。

針對以上可能導(dǎo)致誤差較大的因素，采取以下應(yīng)對措施減小誤差。（1）設(shè)定挖掘深度梯級，當(dāng)任意一臺卸船機(jī)抓斗的挖掘深度變化超過一個梯級高度后，重新采樣計算系數(shù)X。（2）更換作業(yè)倉口、礦石品種變化后，重新采樣計算系數(shù)X。（3）振動給料器頻率以較小的斜率變化，讓系統(tǒng)有足夠的時間校正系數(shù)X。（4）定期清理料斗內(nèi)壁，防止積料過多。（5）及時清理落料口周邊，防止發(fā)生堵塞。（6）沒有發(fā)生倉口變化、挖掘深度變化以及給料器頻率以較大斜率發(fā)生變化的情況下，仍要重新采樣計算系數(shù)X，確保采樣計算所得系數(shù)X0與估算時刻實際系數(shù)X的誤差在可接受范圍內(nèi)。

U653.928.1

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